電廠鍋爐燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化

　電廠鍋爐燃燒控制系統(tǒng)主要包拮主蒸汽壓力控制系統(tǒng)、風(fēng)煤交叉限制回路、煤量控制系統(tǒng)及送、引風(fēng)控制系統(tǒng)。主蒸汽壓力控制系統(tǒng)大多采用基于直接能量平衡（DEB）的控制方案，對中間倉儲式制粉系統(tǒng)鍋爐，從改變給粉機(jī)轉(zhuǎn)速到引起主蒸汽壓力變化的速度較快若采用DEB方案，只要控制系統(tǒng)的參數(shù)整定合適壓力控制系統(tǒng)可以獲得滿意的品質(zhì)。

　　然而，很多電廠盡管采用了DEB方案，但由于參數(shù)選擇不當(dāng)，在變負(fù)荷過程中仍要切1層或2層至手動通過手動協(xié)助維持主蒸汽壓力有些機(jī)組的壓力控制系統(tǒng)則難以有效消除給粉自流造成的壓力波動，這些缺陷都可通過對壓力控制系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整來消除。而對于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐從調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速到引起主蒸汽壓力變化往往具有較大的滯后，導(dǎo)致機(jī)組在變負(fù)荷時壓力波動較大，對這類壓力控制系統(tǒng)的優(yōu)化，一方面可加強(qiáng)鍋爐負(fù)荷指令的前饋?zhàn)饔每刹捎帽壤�微分PD，并加強(qiáng)微分作用），去掉控制系統(tǒng)中不必要的遲后環(huán)節(jié)a.但由于前饋等環(huán)節(jié)的改變均是在閉合回路之外，不會改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進(jìn)一步的優(yōu)化應(yīng)采用先進(jìn)的控制方法如預(yù)測控制技術(shù)或內(nèi)模控制技術(shù)等15來改善等效被控對象的特性，使控制系統(tǒng)不僅具有好的穩(wěn)定性，而且能快速響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷指令的變化。對送、引風(fēng)控制系統(tǒng)應(yīng)針對投不好的原因改進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計。

　　南京熱電廠6號機(jī)組自1998年芫成DCS改造后，鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的品質(zhì)不理想主要表現(xiàn)為主蒸汽壓力在穩(wěn)態(tài)負(fù)荷時波動太大，而當(dāng)機(jī)組升、降負(fù)荷或給粉自流時給粉機(jī)轉(zhuǎn)速改變太慢，造成主蒸汽壓力的動態(tài)偏差太大影響機(jī)組的負(fù)荷升、降速率。

　　2000年，江蘇省電力公司將“南京熱電廠6號爐燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化”作為技術(shù)改造項目正式立項，并委托東南大學(xué)進(jìn)行研究實施。2000年7月，優(yōu)化后的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)在現(xiàn)場通過調(diào)試并投入運(yùn)行。經(jīng)基金項目：國家自然科學(xué)基金（0076008）江蘇省青年科技基金B(yǎng)Q2000002）國家教委優(yōu)秀青年教師基金傲技司2000-65）資肋項目過10多次升、降負(fù)荷和切、投火嘴試驗，主蒸汽壓力、氧量及爐膛負(fù)壓均控制在規(guī)定范圍內(nèi)，確保了鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定投入。

　　1壓力控制系統(tǒng)的優(yōu)化1.1控制策略優(yōu)化原控制方案中是根據(jù)主蒸汽壓力與壓力定值的偏差來調(diào)節(jié)鍋爐的負(fù)荷指令。優(yōu)化后采用基于直接能量平衡來調(diào)節(jié)鍋爐的負(fù)荷指令，即根據(jù)汽輪機(jī)的能量要求指令！。和鍋爐的熱量倍號之間的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，并增加了汽輪機(jī)能量倍號的前饋。優(yōu)化后的方案如所示。

　　DEB調(diào)節(jié)的目的是確保在機(jī)組穩(wěn)定時，汽輪機(jī)能量要求倍號與鍋爐的熱量倍號相等，由于在穩(wěn)態(tài)時汽包壓力的微分為零，故有Psi/Pt =i，從而保證了主蒸汽壓力等于設(shè)定值Ps.盡管大量的實際應(yīng)用已證明了DEB系統(tǒng)比依靠差壓調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷指令具有更好的控制品質(zhì)，但理論上如何證明呢，另外，鍋爐的熱量倍號又應(yīng)如何整定呢油于前饋不影響整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，在下面的說明過程中將暫不考慮前饋的作用。將熱量倍號中的2項分別考慮，由于：其中是汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥開度。的DEB控制方案可等效為所示的常規(guī)串級控制方案。

　　從可得到如下結(jié)論：dPEB控制系統(tǒng)的實質(zhì)就是一個采用汽包壓力作為導(dǎo)前倍號的常規(guī)串級電力自動化系統(tǒng)，由于串級系統(tǒng)的控制品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)單回路控制系統(tǒng)，因此DEB控制系統(tǒng)比直接采用壓力偏差倍號的單回路控制系統(tǒng)的品質(zhì)要好。這種品質(zhì)的改善主要體現(xiàn)在2個方面，一方面是由于內(nèi)回路的存在，使DEB控制系統(tǒng)能較好地克服燃燒率的自發(fā)性擾動（如給粉自流及不均勻下粉等）；另一方面是由于內(nèi)回路改善了導(dǎo)前對象的特性，從而也能改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性使主蒸汽壓力波動較小。但同時應(yīng)看到，當(dāng)串級系統(tǒng)用于控制慣性時間較長的被控對象時，品質(zhì)的改善程度總是有限的，這就是為什么DEB系統(tǒng)在控制某些300MW或600MW機(jī)組時也難獲得滿意品質(zhì)的原因。這種情況下必須采用更先進(jìn)的控制技術(shù)如預(yù)測控制技術(shù)或內(nèi)模控制技術(shù)等151來較大程度地改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)。dPEB控制系統(tǒng)與常規(guī)串級控制系統(tǒng)是可以等價的。由于在DEB控制系統(tǒng)提出來之前，電廠中已采用過以汽包壓力為導(dǎo)前倍號的串級控制系統(tǒng)或以汽包壓力微分為導(dǎo)前倍號的雙回路控制系統(tǒng)），因此DEB系統(tǒng)并不是新的控制策略它只不過是串級控制系統(tǒng)的另一種表達(dá)方式所謂能量的直接平衡也只不過是一種對系統(tǒng)的理解方式。DEB控制系統(tǒng)是美國利諾4N）公司的專利其它公司是不能采用DEB方案的，但可采用串級控制系統(tǒng)最終的控制效果是一樣的。

　　于熱量系數(shù)是主調(diào)節(jié)器的比例帶，而汽包壓力的微分時間d是主調(diào)節(jié)器的積分時間。因此，熱量倍號的整定是否適當(dāng)直接影響了DEB控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前，整定熱量倍號的方法是調(diào)整和D的數(shù)值，使當(dāng)煤量倍號作階躍變化斤粉機(jī)轉(zhuǎn)速階躍變化）時，熱量倍號也近似作階躍變化；而當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門開度變化時，熱量倍號應(yīng)基本不變。這種整定熱量倍號的方法是不合理的原因是！整定的出發(fā)點(diǎn)是片面的，因為這種整定方法只是從倍號本身的物理意義去整定熱量倍號。事實上從可知，熱量倍號直接決定了控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器，對熱量倍號的整定也就是對主調(diào)節(jié)器的整定，因此對它的整定應(yīng)從整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制品質(zhì)上去考慮；②目前整定熱量倍號的方法需要燃料量和汽輪機(jī)調(diào)門反復(fù)作階躍變化這在現(xiàn)場比較困難。而根據(jù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性來整定熱量倍號則是十分方便的。d）在的串級控制方案中主調(diào)節(jié)器前的倍號通道中以調(diào)門開度作為放大倍數(shù)，這實質(zhì)上改變了主調(diào)節(jié)器的等效比例帶。這種改變可使控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力因為當(dāng)機(jī)組在高負(fù)荷時被控對象的慣性時間相對較小，允許調(diào)節(jié)器的比例帶小一些；而在低負(fù)荷時，由于被控對象慣性時間的增加為保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性不變，比例帶應(yīng)適當(dāng)放大一些。汽輪機(jī)調(diào)門開度的修正，可實現(xiàn)不同負(fù)荷下對主調(diào)節(jié)器等效比例帶的修正。顯然這種修正方法中國電力bookmark3不靈活適應(yīng)性也不會太理想。

　　1.2煤量反饋信號優(yōu)化對中儲式鍋爐，大部分煤量控制系統(tǒng)的設(shè)計均采用給粉機(jī)的平均轉(zhuǎn)速作為煤量倍號，但給粉機(jī)的給粉量與轉(zhuǎn)速之間存在嚴(yán)重的非線性，為克服這一非線性，采用經(jīng)過熱量倍號校正的轉(zhuǎn)速作為煤量反饋倍號。從而實現(xiàn)了：d）不管給粉機(jī)轉(zhuǎn)速與給粉量之間的非線性或煤種如何變化，與鍋爐負(fù)荷相對應(yīng)的是煤燃燒后產(chǎn)生的熱量。而修正后的燃料量倍號在穩(wěn)態(tài)時與鍋爐的熱量倍號相一致，從而確保燃料量倍號與鍋爐的負(fù)荷相適應(yīng)；d在動態(tài)過程中，修正后的燃料量倍號又能及時反映給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。1.3壓力控制系統(tǒng)優(yōu)化效果采用以上思路對南京熱電廠6號爐的主蒸汽壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計和參數(shù)整定。2000年7月，對主蒸汽壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)測試。經(jīng)測試穩(wěn)態(tài)負(fù)荷時壓力偏離定值的范圍僅為0.01MP；機(jī)組變負(fù)荷過程中壓力最大動態(tài)偏差僅為0.1MP負(fù)荷時共投入+個火嘴當(dāng)切除2個火嘴時鍋爐負(fù)荷擾動量達(dá)25-壓力僅變化了0.24MP該控制指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于優(yōu)化前的控制系統(tǒng)取得了十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2送、引風(fēng)控制系統(tǒng)優(yōu)化2.1控制系統(tǒng)現(xiàn)狀國內(nèi)200MW及以下容量機(jī)組送、引風(fēng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)效果往往不是很理想，自動投不好的原因有以下幾個方面：d）由人為因素造成。正常情況下運(yùn)行人員對送、引風(fēng)的操作很少，即使在機(jī)組升、降負(fù)荷過程中對送、引風(fēng)的操作也較簡單，因此，除非送、引風(fēng)控制系統(tǒng)投得十分理想，否則運(yùn)行人員不太愿意投入送、引風(fēng)控制系統(tǒng)。d）爐膛負(fù)壓過于靈敏。爐膛負(fù)壓的靈敏體現(xiàn)在2方面一是對擾動量主要是對送風(fēng)量的改變相當(dāng)靈敏。當(dāng)送風(fēng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，風(fēng)量必須根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和氧量情況加以調(diào)節(jié)，送風(fēng)量的改變會對爐膛負(fù)壓產(chǎn)生很大且很快的影響若引風(fēng)控制系統(tǒng)不及時調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓必定會超出允許范圍。在目前的設(shè)計中送風(fēng)控制系統(tǒng)一般對引風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)有前饋環(huán)節(jié)其目的是為了在送風(fēng)量變化后能及時調(diào)節(jié)引風(fēng)量以使?fàn)t膛負(fù)壓變化較小。但送風(fēng)前饋的加入必須注意2個問題！不要破壞引風(fēng)控制系統(tǒng)中的倍號平衡，否則，即使引風(fēng)在起始時動作了也會回調(diào)，反而影響引風(fēng)系統(tǒng)的正常調(diào)節(jié)；②送風(fēng)動作后引風(fēng)要盡快動作。由于目前大多數(shù)DCS用軟件實現(xiàn)了伺放功能即稱軟伺放，軟伺放的動作依據(jù)是輸入能量的積累，這往往需要一定時間正是這12s的滯后，使?fàn)t膛負(fù)壓超出了正常范圍。第2個靈敏的問題是液力耦合器位置的變化d段定送、引風(fēng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是液力耦合器）對爐膛負(fù)壓過于靈敏。由于很多DCS掃描時間較長導(dǎo)致各次液力耦合器位置的改變量太大。若送風(fēng)機(jī)液力耦合器位置改變量太大即對爐膛負(fù)壓的擾動太大若引風(fēng)機(jī)液力耦合器的位置改變量太大，則會造成引風(fēng)控制系統(tǒng)過調(diào)從而造成引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩嚴(yán)重時導(dǎo)致鍋爐熄火。解決好上述問題是投入送、引風(fēng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵筆者在現(xiàn)場實際調(diào)試過程中均遇到過這些問題應(yīng)針對不同問題采用不同方法解決。

　　2.2控制策略優(yōu)化由于各臺鍋爐的送、引風(fēng)控制系統(tǒng)存在的問題不同這里僅給出一般性送、引風(fēng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化思想。

　　d由于送、引風(fēng)被控對象一般是一個一階慣性環(huán)節(jié)，從動態(tài)特性來說，這是一個較好控制的對象。對這2個控制系統(tǒng)不必采用如模糊控制等復(fù)雜算法來芫全替代常規(guī)PID控制系統(tǒng)。較可行方法是在常規(guī)PID控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上適當(dāng)增加運(yùn)行人員的操作經(jīng)驗以解決鍋爐爐膛負(fù)壓的靈敏性問題；對送風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)力求簡單氧量校正必須緩慢，必須嚴(yán)禁送風(fēng)控制系統(tǒng)在變負(fù)荷過程中的回調(diào)，否則爐膛負(fù)壓難以控制在正常范圍內(nèi)。

　　G）對于引風(fēng)控制系統(tǒng)，當(dāng)爐膛負(fù)壓偏離設(shè)定值較大時必須快速拉回爐膛負(fù)壓采用的策略為①當(dāng)爐膛負(fù)壓大于高I值時閉鎖關(guān)引風(fēng)機(jī)、閉鎖開送風(fēng)機(jī)負(fù)壓大于高值時，強(qiáng)開引風(fēng)機(jī)。②當(dāng)爐膛負(fù)壓小于低I值時，閉鎖開引風(fēng)機(jī)、閉鎖關(guān)送風(fēng)機(jī)負(fù)壓小于低值時，強(qiáng)關(guān)引風(fēng)機(jī)。③必須考慮送風(fēng)量及送風(fēng)液耦位置對引風(fēng)控制系統(tǒng)的前饋?zhàn)饔谩＂鼙仨毧紤]啟、停制粉系統(tǒng)時對爐膛負(fù)壓的影響。

　　d）必須重視風(fēng)、煤交叉限制回路設(shè)計保證升負(fù)荷時送風(fēng)控制系統(tǒng)先增加風(fēng)量，實際風(fēng)量升高后才增加煤量指令負(fù)荷時煤量控制系統(tǒng)先減煤量，實際煤量減少后風(fēng)量指令才減少。但目前很多DCS中采用的風(fēng)、煤交叉回路大多存在一定問題，只好直接解除風(fēng)、煤交叉回路不利于鍋爐優(yōu)化燃燒。